WO1999048155A1 - Optoelektronische bauelementanordnung mit transparentem füllmaterial und trägersubstrat - Google Patents

Optoelektronische bauelementanordnung mit transparentem füllmaterial und trägersubstrat Download PDF

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WO1999048155A1
WO1999048155A1 PCT/EP1999/001201 EP9901201W WO9948155A1 WO 1999048155 A1 WO1999048155 A1 WO 1999048155A1 EP 9901201 W EP9901201 W EP 9901201W WO 9948155 A1 WO9948155 A1 WO 9948155A1
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component arrangement
optoelectronic component
detector element
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Stephan Miller
Elmar Mayer
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Dr. Johannes Heidenhain Gmbh
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    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector

Definitions

  • the present invention relates to an optoelectronic component arrangement which comprises a radiation-sensitive detector element which is arranged on a carrier substrate.
  • CMOS photo elements can be considered as suitable detector elements.
  • Such photo elements now show certain properties that prove to be disadvantageous when used in high-precision measuring systems.
  • FIG. - 2 illustrates the fluctuation range A-Q of the emitted wavelength of this light source.
  • CMOS photo elements show a significantly lower wavelength dependency in their response characteristics than was previously the case in the prior art.
  • component arrangements according to the invention can also be used in scanning units of optical position measuring devices, even if it is not always guaranteed there that the wavelength emitted by the respective radiation source remains stable.
  • the detector elements provided can be arranged on carrier substrates using the known “flip-chip” technology.
  • the detector elements can be contacted, for example, using so-called “metal bumps” or “solder bumps” or by means of a suitable adhesive contact avoid complex contacting using filigree bond wires.
  • component assemblies of this type can be designed to be extremely compact; in the case of use in scanning units of optical position measuring devices, extremely small dimensions of such measuring systems can be realized.
  • FIG. 2 shows a cross section through an exemplary embodiment of the optoelectronic component arrangement according to the invention
  • FIG. 3 shows a representation of the wavelength dependence of the response characteristic of an optoelectronic detector element within the optoelectronic component arrangement according to the invention.
  • Such a component arrangement can be used, for example, in scanning units of optical position measuring devices. These are used for the optical scanning of scale graduations in order to generate position-dependent signals in this way with respect to the relative positions of two parts that are movable relative to one another.
  • FIG. 2 Shown in FIG. 2 is a schematic cross-sectional representation of a radiation-sensitive optoelectronic detector element 1, which is arranged on a carrier substrate 2, which is transparent for the radiation wavelength used.
  • the radiation-sensitive surface 3 of the detector element 1 faces the transparent carrier substrate 2; the direction of incidence of the radiation to be detected is indicated by the arrow with the reference symbol hv.
  • Electrically conductive connections between the contacting areas 6a, 6b of the detector element 1 and electrical conductor tracks 5a, 5b on the carrier substrate 1 are produced using the known flip-chip connection technology.
  • the contacting areas 6a, 6b or bond pads of the detector element 1 and the conductor tracks 5a, 5b on the carrier substrate 2 are conductively connected to one another by means of suitable contacting elements 4a, 4b or contacting materials.
  • suitable contacting elements 4a, 4b or contacting materials are suitable for this purpose.
  • tion elements 4a, 4b or contacting materials For example, it is possible to provide so-called “solder bumps” as contacting elements 4a, 4b. Alternatively, however, it is also possible to use a suitable electrically conductive adhesive or conductive adhesive at this point. If a suitable adhesive is used at this point, advantages result in that high temperatures can be avoided at these points, which would otherwise occur due to soldering techniques. Furthermore, when using such adhesives, it is possible to reduce the distance between the radiation-sensitive surface 3 of the detector element 1 and the carrier substrate 2, since at Such a type of contact does not result in such voluminous contact elements 4a, 4b as in the case of “solder bumps”.
  • the detector element 1 can be connected, for example in the scanning unit of an optical position measuring device, to downstream evaluation elements. These are also arranged, for example, on the carrier substrate 2 and take over further processing of the detected scanning signals.
  • a filling material 7 or a so-called “underfill” is also introduced, which is also transparent for the radiation wavelength used.
  • the filling material 7 serves here, among other things, as a moderator to compensate for mechanical stresses, that can occur between the detector element 1 and the carrier substrate 2. These stresses are caused by different coefficients of thermal expansion of the adjoining materials. The service life of the entire component arrangement can be increased in this way. Bumps "as contacting elements 4a, 4b, the respective filler material 7 also performs a protective function for the" solder bumps "4a, 4b in addition to the" moderator function "mentioned. - 6 -
  • the detector element 1 which is only shown schematically, is designed as a known CMOS photo element and consists of different sub-layers 1.1, 1.2 or sub-regions 1.3.
  • the different sub-layers 1.1, 1.2 or sub-areas 1.3 partially exist. from different semiconductor materials with possibly different doping; in addition to the semiconductor materials mentioned, various other materials can also be used.
  • Such CMOS photodiodes are commercially available components except for the modifications to be explained below and are e.g. distributed by ORBIT Semiconductor Inc., Sunnyvale, U.S.A.
  • the first sublayer 1.1 is, for example, a layer system composed of a plurality of individual layers of silicon dioxide Si0 2 , which serve as gate oxides or capacitors and may also have a corresponding doping.
  • a further partial layer 1.2 is formed by the semiconductor base substrate made of silicon, in which various highly doped partial regions are introduced, of which only a single partial region 1.3 is shown schematically.
  • the actual active area of the detector element 1, in which the signal is ultimately generated, is also located in the partial layer 1.2 in the area of the interface between the Si semiconductor base substrate and the highly doped partial area 1.3.
  • CMOS photo elements constructed in this way are generally known, as already mentioned, commercial CMOS photo elements generally having one or more passivation or protective layers in front of the partial layer 1.1 with the radiation-sensitive surface 3.
  • passivation layers are, for example, silicon nitride layers (Si 3 N 4 ) and / or oxini- - 7 -
  • CMOS photosensor element Borofloat ® glass proves to be the case for example as a material of the support substrate 2 having a refractive index of n ⁇ 1:47 advantageous that by Schott Glaswerke, Mainz is available.
  • index n likewise does not deviate significantly from the refractive index n of the sublayer 1.1, which is arranged directly in front of the semiconductor base substrate 1.2 and the doped subareas 1.3 introduced therein.
  • filler material 7 with the product name Vitralit 1505, which is sold by Panacol-Elosol GmbH, Oberursel, is suitable for this purpose; this filling material 7 has a refractive index of n - 1.52.
  • the corresponding refractive indices n are approximately between 1.45 and 1.55.
  • FIG. 1 A graphical representation of the response behavior optimized in this way is shown in FIG.
  • the clearly more frequent wavelength-dependent oscillations in the registered signal intensity per wavelength interval are clearly recognizable. If, for example, the emitted radiation wavelength of the light source fluctuates in the marked region ⁇ LQ , this has significantly less effects on the registered intensity compared to the previous state, as was explained with reference to FIG. 1. The reason for this is that it is now averaged in this fluctuation range ⁇ LQ over the multitude of wavelength-dependent oscillations during the detection. Analogously to FIG. 1, the bandwidth FWHM LQ of the light source used is also shown in FIG.
  • a scanning graduation can be arranged on one side of the carrier substrate 2 in front of the radiation-sensitive surface 3 of the detector element 1. It can also be provided that a suitable potting compound is added to the rear of the detector element 1 as additional protection of the arrangement, etc.

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Abstract

Es wird eine optoelektronische Bauelementanordnung angegeben, die aus einem strahlungsempfindlichen Detektorelement mit einem Halbleiter-Grundsubstrat mit ein oder mehreren dotierten Teilbereichen und mindestens einer Teilschicht besteht, die unmittelbar vor dem Halbleiter-Grundsubstrat angeordnet ist. Das Detektorelement ist auf einem transparenten Trägersubstrat angeordnet und zwischen dem Trägersubstrat und der dem Trägersubstrat zugewandten Fläche des Detektorelementes ist ein Füllmaterial angeordnet. Sämtliche Materialien, die vor dem Halbleiter-Grundsubstrat und den dotierten Teilbereichen angeordnet sind, weisen einen im wesentlichen ähnlichen Brechungsindex auf.

Description

OPTOELEKTRONISCHE BAUELEMENTANORDNUNG MIT TRANSPARENTEN FÜLLMATERIAL UND TRÄGERSUBSTRAT
Die vorliegende Erfindung betrifft eine optoelektronische Bauelementanordnung, welche ein strahlungsempfindliches Detektorelement umfaßt, das auf einem Trägersubstrat angeordnet ist.
Aus der US 5,670,781 ist beispielsweise bekannt, in der Abtasteinheit einer optischen Positionsmeßeinrichtung ein strahlungsempfindliches, optoelektronisches Detektorelement über die sogenannte „Flip-Chip"- bzw. „Chip-on- glass"-Technologie" auf einem Glas-Trägersubstrat anzuordnen. Hieraus resultieren insbesondere Vorteile bezüglich der Kontaktierung eines derarti- gen Detektorelementes, da damit etwa filigrane Bond-Drähte, die ansonsten zur Kontaktierung erforderlich sind, vermieden werden können.
Als geeignete Detektorelemente kommen in einer solchen Anordnung etwa sogenannte CMOS-Photoelemente in Betracht. Derartige Photoelemente zeigen nunmehr bestimmte Eigenschaften, die sich bei der Anwendung in Hochpräzisions-Meßsystemen als nachteilig erweisen. So ist beispielsweise aus der Veröffentlichung „Image sensing with maximum sensitivity using in- dustrial CMOS technology" von P. Seitz in SPIE Vol. 3099, Jahrgang 1997; Seite 22-33 bekannt, daß die Empfindlichkeit von CMOS-Photoelementen stark von der detektierten Strahlungswellenlänge abhängt und wellenlängenabhängige Oszillationen zeigt. Eine graphische Darstellung dieses Zusammenhanges ist in Figur 1 gezeigt, die die Abhängigkeit der detektierten Strahlungsintensität von der Strahlungswellenlänge bei derartigen Bauelementen veranschaulicht. Im Meßbetrieb einer Abtasteinheit eines optischen Positionsmeßsystems kann nunmehr nicht immer verhindert werden, daß auch die jeweils eingesetzte Lichtquelle eine schwankende emittierte Strahlungswellenlänge aufweist. In Figur 1 ist neben der Bandbreite bzw. Halbwertsbreite FWHMLQ der verwendeten Lichtquelle auch der Schwankungsbereich A- Q der emittierten Wellenlänge dieser Lichtquelle angedeutet. Derar- - 2 -
tige Schwankungen in der emittierten Wellenlänge λLα der Lichtquelle sind beispielsweise auf Temperaturänderungen zurückzuführen. Es ergibt sich demzufolge eine nicht hinreichend stabile Ansprech-Charakteristik eines derartigen optoelektronischen Detektorelementes, insbesondere nicht im Fall einer ggf. temperaturabhängig variierenden Detektions-Wellenlänge.
Die Anordnung eines CMOS-Detektorelementes in „Flip-Chip"-Technologie auf einem Glas-Trägersubstrat ist desweiteren aus der US 5,483,060 bekannt. Bei der gezeigten Anordnung ergeben sich jedoch ebenfalls die oben diskutierten Probleme bezüglich der wellenlängen-abhängigen Ansprechcharakteristik dieser Detektorelemente.
Im Zusammenhang mit der Anordnung von optoelektronischen Bauteilen auf einem Glas-Trägersubstrat sei desweiteren auf die US 5,682,066 verwiesen. In diesem Dokument wird vorgeschlagen, zwischen einer LED und dem Glas-Trägersubstrat ein spezielles Füllmaterial anzuordnen. Das Füllmaterial wird dabei so gewählt, daß dessen Bestandteile Brechungsindizes aufweisen, die identisch mit dem Brechungsindex des Trägersubstrates sind. Die alleinige Wahl eines derartigen Füllmateriales löst jedoch nicht die oben an- gesprochenen Probleme, wenn ein CMOS-Photoelement auf einem Trägersubstrat angeordnet werden soll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine optoelektronische Bauelementanordnung zu schaffen, insbesondere geeignet für eine Abtast- einheit einer optischen Positionsmeßeinrichtung, die die einfache Anordnung eines strahlungsempfindlichen Detektorelementes auf einem Trägersubstrat ohne großen Kontaktierungsaufwand ermöglicht und bei dem gleichzeitig eine weitgehend wellenlängen-unabhängige Ansprech-Charakteristik des Detektorelementes gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine optoelektronische Bauelementanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1. - 3 -
Vorteilhafte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelementanordnung ergeben sich aus den Maßnahmen, die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt sind.
Die verschiedenen erfindungsgemäßen Maßnahmen gewährleisten nunmehr, daß auch optoelektronische Detektorelemente wie CMOS-Photoele- mente eine deutlich geringere Wellenlängenabhängigkeit in ihrer Ansprechcharakteristik zeigen, als dies bislang beim Stand der Technik der Fall war. Dies bedeutet wiederum, daß erfindungsgemäße Bauelementanordnungen auch in Abtasteinheiten optischer Positionsmeßeinrichtungen eingesetzt werden können, selbst wenn dort nicht immer gewährleistet ist, daß die von der jeweiligen Strahlungsquelle emittierte Wellenlänge stabil bleibt.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelemen- tanordnung sind in der einfachen Montage derartiger Bauelementanordnungen zu sehen; so können die vorgesehenen Detektorelemente über die bekannte „Flip-Chip"-Technologie auf Trägersubstraten angeordnet werden. Die Kontaktierung der Detektorelemente kann dabei beispielsweise über sogenannte „Metall-Bumps" bzw. „Löt-Bumps" oder durch eine geeignete Klebekontaktierung erfolgen. Insbesondere läßt sich derart eine aufwendige Kontaktierung über filigrane Bonddrähte vermeiden.
Neben der einfachen Kontaktierung resultieren desweiteren Vorteile dahingehend, daß derartige Bauelementanordnungen äußerst kompakt bauend ausgebildet werden können; im Fall des Einsatzes in Abtasteinheiten optischer Positionsmeßeinrichtungen können extrem kleine Abmessungen derartiger Meßsysteme realisiert werden.
Weitere Vorteile sowie Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der beiliegenden Figuren. Hierbei zeigt
Figur 2 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelementanordnung;
Figur 3 eine Darstellung der Wellenlängenabhängigkeit der Ansprechcharakteristik eines optoelektronischen Detektorelementes innerhalb der erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelementanordnung.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelementanordnung sei nachfolgend anhand der Figur 2 erläutert. Eine derartige Bauelementanordnung kann beispielsweise in Abtasteinheiten optischer Positionsmeßeinrichtungen zum Einsatz kommen. Diese werden zur opti- sehen Abtastung von Maßstabteilungen eingesetzt, um derart positionsabhängige Signale bezüglich der Relativpositionen zweier zueinander beweglicher Teile zu erzeugen.
Gezeigt ist in Figur 2 eine schematische Querschnitts-Darstellung eines strahlungsempfindlichen optoelektronischen Detektorelementes 1 , das auf einem - für die eingesetzte Strahlungswellenlänge transparenten - Trägersubstrat 2 angeordnet ist. Die strahlungsempfindliche Fläche 3 des Detektorelementes 1 ist hierbei dem transparenten Trägersubstrat 2 zugewandt, über den Pfeil mit den Bezugszeichen hv sei die Einfallsrichtung der zu de- tektierenden Strahlung angedeutet. Elektrisch leitfähige Verbindungen zwischen den Kontaktierungsbereichen 6a, 6b des Detektorelementes 1 und elektrischen Leiterbahnen 5a, 5b auf dem Trägersubstrat 1 werden über die bekannnte Flip-Chip-Verbindungstechnologie hergestellt. Hierzu werden die Kontaktierungsbereiche 6a, 6b bzw. Bond-Pads des Detektorelementes 1 und die Leiterbahnen 5a, 5b auf dem Trägersubstrat 2 über geeignete Kon- taktierungs-Elemente 4a, 4b oder Kontaktierungsmaterialien leitend miteinander verbunden. Zu diesem Zweck eignen sich unterschiedlichste Kontak- - 5 -
tierungs-Elemente 4a, 4b oder Kontaktierungsmaterialien. Beispielsweise ist es möglich, als Kontaktierungselemente 4a, 4b sogenannnte „Löt-Bumps" vorzusehen. Alternativ ist an dieser Stelle jedoch auch die Verwendung eines geeigneten elektrisch-leitfähigen Klebstoffes bzw. Leitklebers möglich. Im Fall der Verwendung eines geeigneten Klebstoffes an dieser Stelle resultieren Vorteile dahingehend, daß hohe Temperaturen an diesen Stellen vermieden werden können, die ansonsten aufgrund von Löttechniken auftreten würden. Desweiteren ist es möglich, bei der Verwendung derartiger Klebstoffe, den Abstand zwischen der strahlungsempfindlichen Fläche 3 des Detektorelementes 1 und dem Trägersubstrat 2 zu verringern, da bei einer solchen Kontaktierungsart keine so voluminösen Kontaktierungs-Elemente 4a, 4b resultieren wie im Fall von „Löt-Bumps".
Auf die erläuterte Art und Weise kann das Detektorelement 1 etwa in der Abtasteinheit einer optischen Positionsmeßeinrichtung mit nachgeordneten Auswerte- Elementen verbunden werden. Diese sind beispielsweise ebenfalls auf dem Trägersubstrat 2 angeordnet und übernehmen eine Weiterverarbeitung der detektierten Abtastsignale. Zwischen der strahlungsempfindlichen Fläche 3 des Detektorelementes 1 und dem Trägersubstrat 1 ist desweiteren ein Füllmaterial 7 bzw. ein sog. „Underfill" eingebracht, der ebenfalls transparent für die verwendete Strahlungswellenlänge ist. Das Füllmaterial 7 dient hierbei u.a. als Moderator, um mechanische Spannungen auszugleichen, die zwischen dem Detektorelement 1 und dem Trägersubstrat 2 auftreten können. Diese Spannungen werden durch verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten der an- einandergrenzenden Materialien verursacht. Die Lebensdauer der gesamten Bauelement-Anordnung kann auf diese Art und Weise gesteigert werden. Im Fall der Verwendung von „Löt-Bumps" als Kontaktierungselemente 4a, 4b übernimmt das jeweilige Füllmaterial 7 neben der erwähnten „Moderator- funktion" auch eine Schutzfunktion für die „Löt-Bumps" 4a, 4b. - 6 -
Das lediglich schematisch dargestellte Detektorelement 1 ist bis auf die nachfolgend noch zu erläuternden Modifikationen als bekanntes CMOS- Photoelement ausgebildet und besteht aus verschiedenen Teilschichten 1.1 , 1.2 bzw. Teilbereichen 1.3. Die unterschiedlichen Teilschichten 1.1 , 1.2 bzw. Teilbereiche 1.3 bestehen z.T. aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien mit ggf. unterschiedlicher Dotierung; neben den erwähnten Halbleitermaterialien können desweiteren auch noch diversteste sonstige Materialien zum Einsatz kommen. Derartige CMOS-Photodioden sind bis auf die nachfolgend zu erläuternden Modifikationen handelsübliche Bauelemente und werden z.B. von der Firma ORBIT Semiconductor Inc., Sunnyvale, U.S.A. vertrieben.
Bei der ersten Teilschicht 1.1 handelt es sich im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa um ein Schichtsystem aus mehreren einzelnen Schichten aus Siliziumdioxid Si02, die als Gate-Oxide oder Kondensatoren dienen und evtl. auch eine entsprechende Dotierung aufweisen können. Eine weitere Teilschicht 1.2 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch das Halbleiter-Grundsubstrat aus Silizium gebildet, in dem verschiedene hochdotierte Teilbereiche eingebracht sind, von denen lediglich ein einzelner Teilbereich 1.3 schematisch gezeigt ist. In der Teilschicht 1.2 befindet sich im Bereich der Grenzfläche zwischen dem Si-Halbleiter-Grundsubstrat und dem hochdotierten Teilbereich 1.3 auch der eigentliche aktive Bereich des Detektorelementes 1 , in dem letztlich die Signalerzeugung erfolgt. Auf die bekannte Art und Weise der Signalerzeugung in CMOS-Photoelementen sei an dieser Stelle nicht weiter eingegangen; es wird diesbezüglich beispielsweise auf das Lehrbuch „Semiconductor Devices", Sze S.M., J. Wiley & Sons, 1985, Seite 279 - 287 verwiesen.
Derart aufgebaute CMOS-Photoelemente sind wie bereits erwähnt grundsätzlich bekannt, wobei handelsübliche CMOS-Photoelemente in der Regel vor der Teilschicht 1.1 mit der strahlungsempfindlichen Fläche 3 ein oder mehrere Passivierungs bzw. Schutzschichten aufweisen. Hierbei sind als Passivierungsschichten etwa Siliziumnitrid-Schichten (Si3N4) und/oder Oxini- - 7 -
trid-Schichten (Si3N4 + Si02) vorgesehen. Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, diese Passivierungschichten der CMOS-Photodiode zu entfernen oder aber gar nicht aufzubringen, da im Rahmen der vorliegenden Erfindung erkannt wurde, daß die starke Wellenlängenabhängigkeit der An- Sprechcharakteristik dieser Elemente wesentlich von den unterschiedlichen Brechungsindizes in denjenigen Teilschichten beeinflußt wird, die an das Halbleiter-Grundsubstrat aus Silizium in Richtung der strahlungsempfindlichen Fläche 3 angrenzen. Insbesondere weisen die oben erwähnten, üblicherweise verwendeten Passivierungsschichten, die in diesem Bereich an- geordnet sind, Brechungsindizes zwischen n « 2.0 und n « 1.7 auf, während die Teilschicht 1.1 einen Brechungsindex um n « 1.45 besitzt. Die strahlungsempfindliche Fläche 3 des CMOS-Photoelementes, die dem Trägersubstrat 2 zugewandt ist, wird demzufolge im gezeigten Ausführungsbeispiel direkt von der ersten Teilschicht 1.1 des Photoelementes gebildet, die einen Brechungsindex von n « 1.45 aufweist.
Als weitere erfindungsgemäße Maßnahme zur Vermeidung der starken Wellenlängenabhängigkeit im Ansprechverhalten derartiger Detektorelemente wird vorgesehen, auch in den an das Detektorelement 1 bzw. dessen strahlungsempfindliche Fläche 3 angrenzenden Bereichen der Bauelementanordnung Materialien mit einem Brechungsindex n zu wählen, die möglichst wenig vom Brechungsindex n derjenigen Teilschicht 1.1 des Detektorelementes 1 abweichen, die unmittelbar benachbart an das Halbleiter- Grundsubstrat 1.2 aus Silizium und den dotierten Teilbereichen 1.3 ange- ordnet ist. So erweist sich im Fall des CMOS-Photoelementes etwa als Material des Trägersubstrates 2 sogenanntes Borofloat®-Glas mit einem Brechungsindex von n ∞ 1.47 als vorteilhaft, das von der Firma Schott Glaswerke, Mainz erhältlich ist.
Ebenso ist erfindungsgemäß vorgesehen, das verwendete Füllmaterial 7 zwischen dem Detektorelement 1 und dem Trägersubtrat 2 geeignet zu wählen, d.h. insbesondere ein Füllmaterial 7 zu wählen, dessen Brechungs- - 8 -
index n ebenfalls nicht wesentlich vom Brechungsindex n der Teilschicht 1.1 abweicht, die unmittelbar vor dem Halbleiter-Grundsubstrat 1.2 und den darin eingebrachten, dotierten Teilbereichen 1.3 angeordnet ist. Hierzu ist im gezeigten Ausführungsbeispiel etwa das Füllmaterial 7 mit der Produktbe- Zeichnung Vitralit 1505 geeignet, das von der Firma Panacol-Elosol GmbH, Oberursel vertrieben wird; dieses Füllmaterial 7 besitzt einen Brechungsindex von n - 1.52.
Es wurde somit erkannt, daß durch die erfindungsgemäße Anpassung der Brechungsindizes derjenigen Materialien, die vor dem Halbleiter-Grundsubstrat 1.2 aus Silizium und den darin eingebrachten, dotierten Teilbereichen 1.3, angeordnet sind, ein deutlich optimiertes Ansprechverhalten der Detektorelemente erreicht werden kann, insbesondere im Fall der Verwendung von CMOS-Photoelementen. In einer vorteilhaften Ausführungsform liegen die entsprechenden Brechungsindizes n etwa zwischen 1.45 und 1.55.
Eine graphische Darstellung des derart optimierten Ansprechverhaltens ist in Figur 3 gezeigt. Deutlich erkennbar sind hierbei die pro Wellenlängenintervall signifikant häufigeren wellenlängenabhängigen Oszillationen in der registrierten Signalintensität. Schwankt nunmehr beispielsweise die emittterte Strahlungswellenlänge der Lichtquelle im markierten Bereich ΔλLQ, so hat dies deutlich geringere Auswirkungen auf die registrierte Intensität im Vergleich zum vorherigen Zustand, wie er anhand von Figur 1 erläutert wurde. Der Grund hierfür liegt darin, daß nunmehr in diesem Schwankungsbereich ΔλLQ über die Vielzahl wellenlängenabhängiger Oszilllationen bei der Detek- tion gemittelt wird. Analog zu Figur 1 ist in Figur 3 desweiteren die Bandbreite FWHMLQ der verwendeten Lichtquelle eingezeichnet.
Neben den erläuterten Materialien können selbstverständlich auch Alternativen hierzu zum Einsatz kommen, vorausgesetzt die erfindungsgemäßen Anforderungen bezüglich der Brechungsindizes sind erfüllt. Als weitere Möglichkeit sein an dieser Stelle etwa erwähnt, daß es vorteilhaft sein kann, auf der Seite des Trägersubstrates 2 eineAntireflex-Beschichtung anzubringen, die abgewandt zum Detektorelement angeordnet ist. Das Aufbringen einer derartigen Beschichtung beeinflußt das Ansprechverhalten des Detektorelementes 1 nicht negativ.
Alternativ wäre es selbstverständlich auch grundsätzlich möglich, geeignete Passivierungsschichten vor der strahlungsempfindlichen Fläche 3 des Detektorelementes 1 vorzusehen, die vom Brechungsindex her besser an die Teilschicht 1.1 bzw. das Trägersubstrat 2 angepaßt sind als die oben erwähnten Passivierungsschichten.
Daneben sei darauf hingewiesen, daß insbesondere im Fall des Einsatzes der erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelementanordnung in der Abtasteinheit einer optischen Positionsmeßeinrichtung diverseste Ausgestaltungsmöglichkeiten existieren. So kann z.B. desweiteren eine Abtastteilung auf einer Seite des Trägersubstrates 2 vor der strahlungsempfindlichen Fläche 3 des Detektorelementes 1 angeordnet werden. Ebenso kann vorgesehen sein, auf der Rückseite des Detektorelementes 1 noch eine geeignete Vergußmasse als zusätzlichen Schutz der Anordnung anzubringen etc..

Claims

- 10 -Ansprüche
1. Optoelektronische Bauelementanordnung, bestehend aus einem strahlungsempfindlichen Detektorelement (1) mit einem Halbleiter-Grundsubstrat (1.2), in das ein oder mehrere dotierte Teilbereiche (1.3) eingebracht sind und mindestens einer Teilschicht (1.1), die benachbart zum Halblei- ter-Grundsubstrat (1.2) angeordnet ist, wobei das Detektorelement (1) auf einem transparenten Trägersubstrat (2) angeordnet ist und zwischen dem Trägersubstrat (2) und der dem Trägersubstrat (2) zugewandten Fläche (3) des Detektorelementes (1) ein Füllmaterial (7) angeordnet ist und sämtliche Materialien, die in Richtung des Trägersubstrates (2) vor dem Halbleiter-Grundsubstrat (1.2) und den dotierten Teilbereichen (1.3) angeordnet sind, einen im wesentlichen ähnlichen Brechungsindex (n) aufweisen.
2. Optoelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 1 , wobei das Füllmaterial (7) als auch das Material des Trägersubstrates (2) einen Brechungsindex (n) aufweist, der im wesentlichen ähnlich zum Brechungsindex (n) derjenigen Teilschicht (1.1) ist, die unmittelbar benachbart zum Halbleiter-Grundsubstrat (1.2) angeordnet ist.
3. Optoelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 2, wobei das Detektorelement (1) vor dem Halbleiter-Grundsubstrat (1.2) lediglich eine Teilschicht (1.1) oder ein Schichtsystem aus Siliziumdioxid aufweist, an die sowohl der Brechungsindex (n) des Füllmaterials (7) als auch des Trägersubstrates (2) angepaßt sind.
4. Optoelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 1 , wobei das Detektorelement (1) als CMOS-Photoelement ausgebildet ist. - 1 1 -
5. Optoelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 1 , wobei das Detektorelement (1) auf dem Trägersubstrat (2) über die Flip-Chip-Kon- taktierungstechnologie aufgebracht ist.
6. Optoelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 1 , wobei das Trägersubstrat (2) aus Glas besteht.
7. Optoelektronische Bauelementanordnung nach Anspruch 1 , wobei der Brechungsindex (n) etwa zwischen 1.45 und 1.55 liegt.
8. Verwendung einer optoelektronischen Bauelementanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche in der Abtasteinheit einer optischen Positionsmeßeinrichtung.
PCT/EP1999/001201 1998-03-19 1999-02-25 Optoelektronische bauelementanordnung mit transparentem füllmaterial und trägersubstrat WO1999048155A1 (de)

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